Проект Prophetmaster Tierra - моноблоки 50 Вт в классе А

[Prophetmaster]

Строятся УПТ моноблоки в классе А, с планируемой выходной мощностью 50-70 Вт/4 Ом. Tierra, в переводе с испанского, означает Земля - навеяло это название, когда в каждом моноблоке скопилось по Фараде
Поставил себе задачу попытаться сконструировать и изготовить усилитель не хуже по звучанию, чем имеющийся на BUF634T, но с более высокой выходной мощностью.
Уже больше года прошло с момента начала разработки моноблоков, но ввиду сложности задуманного и в связи с малым количеством свободного времени, все двигается гораздо медленнее, чем хотелось бы.
Сначала были изготовлены блоки питания, потому что в данном проекте это самая трудоемкая часть и есть необходимость делать железный макет УМ, так как одним симулятором не обойдешься, а макет нужно питать от полноценного БП, для получения достоверных результатов.
Разводка плат БП для левого и правого канала симметричная в силовой части и в части стабилизаторов УН и УМ, но зеркальная в области первички, несигнальных цепей и выпрямителя УН. При такой разводке, получаются "правый" и "левый" моноблоки. Хочется, чтобы было еще и красиво
Проект некоммерческий, поэтому все схемы в полном объеме будут доступны для просмотра.
Схема БП во вложении.
Что представляет из себя БП одного канала - это полностью стабилизированный блок питания мощностью 600 Вт, который имеет:
1. Силовые двухполярные линии питания с напряжениями +\- 25 В, от мощного тороидального трансформатора (550 Вт). Стабы - LT1083 (7.5 А), 8 шт, соединены по 4 в параллель. Суммарная площадь радиаторов стабилизаторов каждого канала 3000 кв.см. Нагрузка на каждый стабилизатор не будет превышать 1 А, так как ток покоя усилителя планируется около 4 А.
2. Две линии питания с напряжениями +\- 27 В и +\- 15 В для усилителя напряжения от отдельного трансформатора (50 Вт). Стабы - LM317/LM337, по 2 шт. Напряжения +\- 15 В формируются из уже стабилизированного +\- 27 В.
3. Отдельный трансформатор для несигнальных цепей (50 Вт).
4. Отдельный трансформатор для дежурки (5 Вт).
5. Все трансформаторы, кроме дежурки, изготовлены по моему заказу компанией Audioinstrument Все трансформаторы сфазированы по первичным обмоткам.
6. Суммарная емкость конденсаторов фильтра силовых цепей около 1 Фарады на канал, большая часть которых, находится после стабилизаторов.
7. Емкость конденсаторов в цепях питания УН - 27000 мкФ/63 В на напряжение +\- 27 В и 40000 мкФ/25 В на +\- 15 В.
8. Софтстарт во вторичной цепи, с временем заряда конденсаторов около 1 минуты. Так как при выключении питания вторичные силовые цепи отключаются от платы УМ, то для разряда электролитов предусмотрены нагрузочные сопротивления, которые полностью разряжают емкости в течении 20 минут.
9. Оптоэлектронная защита АС от постоянного напряжения встроена в БП и выполняет две функции:
- подает или снимает напряжение со схемы управления реле защиты, которая находится на платах самого УМ.
- обесточивает все вторичные цепи силового питания, в случае появления постоянного напряжения (свыше 1 В) на выходе УМ. Восстановление выходных напряжений происходит через 1 минуту после срабатывания защиты.
То есть, в аварийном режиме, одновременно блокируется нагрузка УМ (как и в предыдущей конструкции, реле защиты будет закорачивать выход на землю) и отключается питание силовой части. Без отключения не обойтись: пока разрядится Фарада, на плате УМ может все успеть поджариться после выключения сети
10. БП имеет трехэтажную конструкцию, что практически дало возможность укоротить многие соединительные шины БП или практически свести их длину к нулю.
11. БП имеет каркасную конструкцию из алюминиевого профиля и алюминиевого бруска, поэтому платы практически не являются несущими элементами, если только чуть-чуть.
12. Силовая разводка в БП произведена плоской медной моножилой 4 кв.мм, разводка земли - плоской медной моножилой 6 кв.мм. Земля на послестабовых силовых емкостях выполнена из листовой меди толщиной 0.7 мм.
13. Первичные цепи 220 В имеют R-C фильтры.
14. Энергоемкость каждого БП составляет 450 Дж для силовых цепей и 20 Дж для питания усилителя напряжения.
15. Все силовые реле производства Finder промышленных серий на 12 В. Все слаботочные - Takamisawa RY12W, также на 12 В, кроме входа включения питания от 5 В, который реализован на слаботочном реле Finder.
Конструктивно БП выполнен на трех платах - нижняя несет на себе всю первичку, основную часть БП несигнальных цепей и защиту. На втором этаже расположены софтстарт и выпрямители сигнальных цепей с частью емкостей, а также остальные несигнальные цепи. На верхней плате расположены вторая часть достабовых емкостей, все стабилизаторы для аудиочасти и послестабовые емкости. Шунтирующих полипропиленовых конденсаторов тут немного - основные шунты будут расположены непосредственно вблизи потребителей - на платах УМ.

Для включения БП не нужен мощный тумблер - достаточно слаботочного выключателя, который может коммутировать постоянное напряжение 12 В и ток 40 мА Как вариант, БП можно включать, подав на него 5 В - пятивольтовое реле может управляться с преда, например.

Во вложении: несколько фото БП, полная схема БП одного канала, РГ (http://khozmo.com/products_dale_shunt.html), трансформаторы для УН, изготовленные А. Воробьевым, пара фото первого из 4-х повторителей и схема повторителя.

[Semigor]

А можно узнать почему так, по вашему?

Я не знаю почему. Все объяснения, которые я пытался найти, не выдерживают никакой критики с научной точки зрения.
Но на мой вслух - это факт.

Однако питать смещение через резистор наверное придется напряжением больше чем выходники раза в два, иначе изменения тока будут во много раз, и начальный ток тоже придется ставить большим, чтобы осталось что то на полном размахе.

Нет, современные транзисторы имеют достаточный коэффициент передачи по току, чтобы все питать от одного напряжения.

[Sagittarius]

С ИТ небольшие выбросы, а с резисторами - выбросы больше и с подвозбудами. Вообще, на плате нужно предусмотреть установку базовых резисторов, на всякий случай. В железе, как показывает практика, может быть как хуже, так и лучше чем в симуляторе.

Сопротивление этих резисторов может оказаться слишком большим, порядка 10 Ом, и повлиять на линейность за счёт падения нелинейного тока баз на этом сопротивлении. Поэтому параллельно этим резисторам можно воткнуть какую-никакую индуктивность или её катушку.

---------- Сообщение добавлено 00:19 ---------- Предыдущее сообщение было 00:15 ----------

Взять коробочку -+10% , по закону Мерфи все как братья близнецы будут

Закон Мерфи тут проявится в том, что, будь они даже с разбросом, чем их больше установлено группами в параллель, тем меньше разброс сопротивления групп между собой.

[.Васильев]

Поэтому параллельно этим резисторам можно воткнуть какую-никакую индуктивность или её катушку.

Так в старом усилителе П.Зуева сделано.Радио11/84год

[Sagittarius]

Так в старом усилителе П.Зуева сделано.Радио11/84год

Да. Во многих усилителях такое было. Впервые увидел такое в "Харман Кардоне". Имя звонкое, а усь не сильно хороший.

[Prophetmaster]

Сопротивление этих резисторов может оказаться слишком большим, порядка 10 Ом, и повлиять на линейность за счёт падения нелинейного тока баз на этом сопротивлении. Поэтому параллельно этим резисторам можно воткнуть какую-никакую индуктивность или её катушку.

Да, где-то около 10 Ом и получается. Я постараюсь обойтись без базовых резисторов, и без всяких катушек

[antecom]

Prophetmaster, Олег, а с каким выходным сопротивлением генератора ты моделируешь выходной каскад?
Набрал схему из поста 1146 в LTspice. Модели транзисторов от Bob Cordell.
При сопротивлении источника 10ом переходной процесс колебательный (зеленым вход, синим выход) при 100ом вообще возбуд.

Обнаружил что поставил 50 транзисторов в плечо (по 10шт в группе). Если оставить 45 транзисторов, возбуд происходит при сопротивлении источника в диапазоне 30-90 ом. При 1к более менее пристойно, но сильно теряем в скорости.

[Prophetmaster]

Олег, а с каким выходным сопротивлением генератора ты моделируешь выходной каскад?

При 10 Ом меандр 20 кГц вообще не меняется, относительно нулевого сопротивления источника, при 100 Ом появляется небольшой выброс без колебательного процесса. А. Трусов собирал мой каскад на макете с несколькими парами транзисторов - возбудов не было.
Еще, схема моя немного эволюционировала уже, но все на работе в компе, завтра выложу новую версию.

[antecom]

Странно все это.
А какой размах меандра и время нарастания фронта? Можешь выложить сюда в текстовом виде модели BD139/BD140 которые ты используешь?

[Prophetmaster]

А какой размах меандра и время нарастания фронта?

Я смотрю от мВ до максимальных значений, соответствующих синусу до начала клипа.

Можешь выложить сюда в текстовом виде модели BD139/BD140 которые ты используешь?

Модели использованы стандартные, зашитые в Мультисим 11.
А. Трусов делал макет на 2SC5171 и 2SA1930, они же будут и у меня в железном воплощении. Сейчас уже паяю плату первого из четырех повторителей Паяется не очень быстро - времени мало, а деталей там сотни.
Сегодня посмотрел несколько последних версий повторителя в моделях - проблемы есть при повышении выходного сопротивления источника, но не такие страшные как у тебя получаются. Попробуй промоделировать оконечный каскад Ульяновского УМ - думаю, что там будут аналогичные проблемы с одним повторителем на мощных выходных транзисторах.
Вот пара сканов с Мультисима: 100нсек\дел, 20В\дел

выходное 10 Ом:





выходное 0 Ом:



Скорость тут около 500 В\мкс. В мостовом включении будет 1000 В\мкс


Измерения сделаны на этой схеме:

[antecom]

Модели использованы стандартные, зашитые в Мультисим 11.

А их от туда можно выцепить? Не охота ставить Мультисим ради того что достать пару моделей.
Посмотрел последнюю твою схему - у меня показывает возбуд и при 10ом и при 100ом сопротивления источника. Пробовал c BD139/140 и с 2SC5171/1930
Надо разобраться почему у нас такое расхождение. Интерес не праздный - хочу собрать вариант твоего усила на BUFах, только с 5171/1930 на выходе, штук по 20 в плечо, моделирую разные варианты.

[Prophetmaster]

А их от туда можно выцепить? Не охота ставить Мультисим ради того что достать пару моделей.

Может быть и можно, но я не знаю как это сделать.

Посмотрел последнюю твою схему - у меня показывает возбуд и при 10ом и при 100ом сопротивления источника. Пробовал c BD139/140 и с 2SC5171/1930

Очень интересно

Надо разобраться почему у нас такое расхождение. Интерес не праздный - хочу собрать вариант твоего усила на BUFах, только с 5171/1930 на выходе, штук по 20 в плечо, моделирую разные варианты.

Если по моей схеме, то там выходное сопротивление УН составляет доли Ом и есть ОООС - никаких проблем не должно быть.

[antecom]

Попробуй промоделировать оконечный каскад Ульяновского УМ - думаю, что там будут аналогичные проблемы с одним повторителем на мощных выходных транзисторах.

Посмотрел MJL3281/MJL1302 без вольтодобавки - вполне прилично себя ведет. При сопротивлении источника 10ом и 1мкФ между базами выходников, показывает скорость нарастания 800V/us. Правда при этом от источника потребляет 1.6А в пике.

Если по моей схеме, то там выходное сопротивление УН составляет доли Ом и есть ОООС - никаких проблем не должно быть.

Да, по твоей. Может 811-е распараллелю, если потребуется ток больше 100мА. Но выходной каскад другой, поведение твоего текущего мне не нравится.

[Prophetmaster]

Посмотрел MJL3281/MJL1302 без вольтодобавки - вполне прилично себя ведет.

Резисторы в базах второй пары есть?

показывает скорость нарастания 800V/us. Правда при этом от источника потребляет 1.6А в пике.

Вот теперь представь себе, на каком "голодном пайке" сидит оконечный каскад УМ Ульянова, с его мощными парами, которые еще и входную емкость имеют на порядок большую. Но работает же, да еще очень даже неплохо

Но выходной каскад другой, поведение твоего текущего мне не нравится.

Я решил его в железе попробовать настроить, так как моделирование такого каскада может быть далеким от истины в любом симуляторе.

[antecom]

Резисторы в базах второй пары есть?

Без резисторов.

Вот теперь представь себе, на каком "голодном пайке" сидит оконечный каскад УМ Ульянова, с его мощными парами, которые еще и входную емкость имеют на порядок большую. Но работает же, да еще очень даже неплохо

1.6А это при подаче на вход перепада 20 вольт с длительностью фронта 1нс. При длительности фронта 1мкс (20В/мкс, реально в безоосной схеме и того не будет), ток всего 20мА.

Я решил его в железе попробовать настроить, так как моделирование такого каскада может быть далеким от истины в любом симуляторе.

Конечно можно будет успокоить резисторами в базах или конденсаторами, вопрос только какая при этом получится полоса каскада.

[Prophetmaster]

1.6А это при подаче на вход перепада 20 вольт с длительностью фронта 1нс. При длительности фронта 1мкс (20В/мкс, реально в безоосной схеме и того не будет), ток всего 20мА.

Да, так и есть. Но теперь посчитай, сколько нужно тока вдуть в первичку транса с Ктр=10, чтобы получить на выходе хотя бы 20 мА. 2 Ампера получается, если я правильно понимаю?

Конечно можно будет успокоить резисторами в базах или конденсаторами, вопрос только какая при этом получится полоса каскада.

Сейчас Мультисим показывает более 250 МГц - можно упасть немножко

[antecom]

Да, так и есть. Но теперь посчитай, сколько нужно тока вдуть в первичку транса с Ктр=10, чтобы получить на выходе хотя бы 20 мА. 2 Ампера получается, если я правильно понимаю?

Ток трансформируется в Ктр раз, как и напряжение. Т.е. вдуть нужно 200мА.

Сейчас Мультисим показывает более 250 МГц - можно упасть немножко

Спаяешь один из 4-х повторителей, проверь в железе, прежде чем паять остальные. Чую что косячит мультисим в данном случае.

[Prophetmaster]

Ток трансформируется в Ктр раз, как и напряжение. Т.е. вдуть нужно 200мА.

Зависимость обратно квадратичная, насколько я помню. От двухсот вдутых в первичку мА ты получишь 2 мА на вход оконечного каскада.

[Olegyurich]

Зависимость обратно квадратичная, насколько я помню. От двухсот вдутых в первичку мА ты получишь 2 мА на вход оконечного каскада.

Квадратичная у сопротивления, у тока и напряжения линейные.

[antecom]

Зависимость обратно квадратичная, насколько я помню.

КПД хорошего транса близок к 100%. Т.е. мощность трансформируется один к одному. Мощность это произведение тока на напряжение. Увеличили трансом напряжение в 10 раз, в 10 раз проиграли по току.

[Prophetmaster]

Мощность это произведение тока на напряжение. Увеличили трансом напряжение в 10 раз, в 10 раз проиграли по току.

Да, я был не прав - Олег правильно сказал, что обратно квадратичная зависимость присутствует для приведенного к первичной обмотке входного сопротивления последующего каскада. Но вдувать ток все равно придется, так как у каскада на мощных транзисторах достаточно низкое входное сопротивление. Если оно 20 кОм (а бывает и меньше), к примеру, то приведенное к первичке входное, при Ктр=10, получится всего 200 Ом, а собственный импеданс первичной обмотки тоже никто не отменял.